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Leçon 7

Aire entre deux courbes

Vidéo 7 : Aire entre deux courbes · 3 min 33 s · sous-titres en français

Le cours écrit

7.1 La formule

Propriété. Soit ff et gg continues sur [a ;b][a\,;b], avec g≤fg \leq f sur [a ;b][a\,;b]. L'aire, en unités d'aire, du domaine compris entre les deux courbes et les droites d'équations x=ax = a et x=bx = b vaut ∫ab(f(x)−g(x)) dx.\int_a^b \big(f(x) - g(x)\big)\,\mathrm{d}x.

Justification. Si ff et gg sont positives, c'est la grande aire moins la petite aire. Sinon, on ajoute à ff et à gg une même constante kk qui les rend positives : le domaine est simplement translaté, et f−gf - g ne change pas.

7.2 La méthode

  1. Étudier le signe de f−gf - g, en factorisant si possible. Il s'annule aux points d'intersection des courbes.
  2. Découper en ces points : sur chaque morceau, on écrit la fonction du haut moins la fonction du bas.
  3. Calculer, additionner, et donner le résultat dans l'unité demandée.

Exemple 31. Entre y=xy = x et y=x2y = x^2 sur [0 ;1][0\,;1] : x−x2=x(1−x)≥0x - x^2 = x(1 - x) \geq 0. L'aire vaut ∫01(x−x2)dx=[x22−x33]01=12−13=16 u.a.\int_0^1 \left(x - x^2\right)\mathrm{d}x = \left[\dfrac{x^2}{2} - \dfrac{x^3}{3}\right]_0^1 = \dfrac12 - \dfrac13 = \dfrac16 \text{ u.a.}

7.3 Quand les courbes se croisent

Exemple 32. Entre y=x3y = x^3 et y=xy = x sur [−1 ;1][-1\,;1] : x3−x=x(x−1)(x+1)x^3 - x = x(x - 1)(x + 1), positif sur [−1 ;0][-1\,;0] et négatif sur [0 ;1][0\,;1]. L'aire vaut ∫−10(x3−x)dx+∫01(x−x3)dx=14+14=12 u.a.\int_{-1}^{0} \left(x^3 - x\right)\mathrm{d}x + \int_0^1 \left(x - x^3\right)\mathrm{d}x = \dfrac14 + \dfrac14 = \dfrac12 \text{ u.a.} Sans découpage, on trouverait ∫−11(x3−x)dx=0\displaystyle\int_{-1}^{1} \left(x^3 - x\right)\mathrm{d}x = 0, ce qui est faux.

7.4 Une courbe et sa tangente

Exemple 33. La fonction exponentielle est convexe, donc sa courbe est au-dessus de sa tangente en 00, d'équation y=x+1y = x + 1. Sur [0 ;1][0\,;1], l'aire entre les deux vaut ∫01(ex−x−1)dx=[ex−x22−x]01=(e−32)−1=e−52≈0,22 u.a.\int_0^1 \left(\mathrm{e}^x - x - 1\right)\mathrm{d}x = \left[\mathrm{e}^x - \dfrac{x^2}{2} - x\right]_0^1 = \left(\mathrm{e} - \dfrac32\right) - 1 = \mathrm{e} - \dfrac52 \approx 0{,}22 \text{ u.a.}

7.5 Une pièce de vitrail

Exemple 34. Un verrier découpe une pièce de vitrail comprise entre les courbes de f(x)=5−x2f(x) = 5 - x^2 et g(x)=x24g(x) = \dfrac{x^2}{4}, l'unité étant le décimètre. On a f(x)=g(x)  ⟺  54x2=5  ⟺  x=−2f(x) = g(x) \iff \dfrac54 x^2 = 5 \iff x = -2 ou x=2x = 2, et g≤fg \leq f sur [−2 ;2][-2\,;2]. L'aire vaut ∫−22(5−54x2)dx=[5x−5x312]−22=403 dm2=215 m2.\int_{-2}^{2} \left(5 - \dfrac54 x^2\right)\mathrm{d}x = \left[5x - \dfrac{5x^3}{12}\right]_{-2}^{2} = \dfrac{40}{3} \text{ dm}^2 = \dfrac{2}{15} \text{ m}^2. Avec un verre à 300300 euros le mètre carré, la pièce revient à 215×300=40\dfrac{2}{15} \times 300 = 40 euros.

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Exercices 13 et 14

  • Exercice 13 : calculs d'aires
  • Exercice 14 : mesurer les inégalités de revenus

Exercices du chapitre (PDF, 179 Ko)

Corrigés

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Corrigés du chapitre (PDF, 184 Ko)

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